Kĩ thuật phân tích vật liệu rắn - Phương pháp quang phản xạ 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ
PHỔ BIẾN ĐIỆU BẰNG CHÙM
SÁNG (QUANG PHẢN XẠ)
GVHD: GS.TS LÊ KHẮC BÌNH
HV: LÊ NGUYỄN BẢO THƯ



Học liệu mở tiếng Việt:
/>

Sơ đồ thực nghiệm


Tia laser được chiếu vào mẫu


Tia laser được hấp thụ trong vật liệu bán dẫn, tạo ra cặp
electron – lỗ trống và làm thay đổi hàm điện môi.
Cái điều khiển chopper điều biến hiệu ứng này, và do
đó điều biến luôn hệ số phản xạ R của vật liệu.


Tia sáng đơn sắc được hội tụ vào vùng điều biến
trên mẫu và tia phản xạ được ghi lại bởi detector


Một máy khuếch đại lock-in kết nối với chopper laser được dùng để
tách tín hiệu được điều biến. Sau khi được thu nhận, tỉ số

được tính toán và vẽ đồ thị theo bước sóng phản xạ.
/R R∆
Lock –in amplifier


Ưu điểm của PR

Là kĩ thuật không tiếp xúc, không phá hủy mẫu

Cho kết quả tốt ở nhiệt độ phòng.

Có những ưu điểm của phương pháp điều biến.


Ứng dụng của PR

Giám sát các thông số quan trọng ngay trong
quá trình xử lý/ tạo vật liệu như xác định nhiệt
độ đế và thành phần của hợp kim.

Nghiên cứu sự ghim (pinning) của các mức
Fermi

Nghiên cứu các màng trên các đế cách điện, các
cấu trúc đa lớp

Nghiên cứu các vi cấu trúc như các chuyển tiếp
dị thể với sự pha tạp biến đổi, các cấu trúc bán
dẫn thấp chiều

Ứng dụng phổ PR xác định thành phần Zn trong
hợp chất bán dẫn Cd
1-x
Zn
x
Te

Năng lượng vùng cấm của các hợp chất bán
dẫn 3, 4 thành phần phụ thuộc vào sự tập trung
tương đối của các thành phần cấu tạo.

Người ta đã chứng minh rằng ở nhiệt độ phòng
NL vùng cấm của hợp chất Cd
1-x
Zn
x
Te có thể
được ước lượng bằng PR chính xác tới 0.4 meV
với lượng Zn nhỏ (x<0.2), dẫn tới sự chính xác
trong xác định thành phần lên tới 0.001 bằng
cách xác định dựa vào độ rộng vùng cầm.



TN sử dụng một diode laser Phillips với
bước sóng 675 nm, công suất 30mW,
tần số điều biến được giữ ở 200 Hz.

Trên mỗi mẫu 5 chấm được dùng để

xác định sự thay đổi thành phần nằm ở
4 góc và 1 ở tâm.

Vùng bước sóng quét tương ứng với
vùng có dịch chuyển vùng cấm hay dịch
chuyển exciton.
Ứng dụng phổ PR xác định thành phần Zn trong
hợp chất bán dẫn Cd
1-x
Zn
x
Te


Sơ đồ thí nghiệm đo phổ bằng kĩ thuật SPR


Giá trị E
g
như một hàm tập trung rút ra từ việc làm khớp với lý thuyết.
- Các kết quả thu được được fit theo giá trị năng lượng
vùng cấm (band gap fit, m= 2.5) và eciton fit (m =2)
(1)
(2)
Ứng dụng phổ PR xác định thành phần Zn
trong hợp chất bán dẫn Cd1-xZnxTe
- Công thức tính độ rộng vùng cấm chất bán dẫn theo
thành phần

Đầu tiên người ta sẽ đo
hai mẫu CdTe không pha
tạp Zn, năng lượng vùng
cấm đo được bằng cách
lấy giá trị trung bình của
hai mẫu.
Giá trị E
g
của mẫu ứng
với x=0 được thay vào
giá trị E
g
(CdTe) trong pt
trên, từ đó ta có:
(3)


Kết quả
Các giá trị x
mean
thu được từ các mẫu khác nhau


Phổ PR của mẫu
Cd
1-x
Zn
x
Te với
x<0.1 có fit theo

dịch chuyển
exciton (mẫu
9478-C3-18c với
x=0.046)
Kết quả


Kết quả
Phổ PR của
mẫu chứa
10% Zn được
fit theo hai loại
dịch chuyển
(mẫu A57-
18c)


TÀI LIỆU THAM KHẢO

V.A.Stoica, Optical characterization of compound semiconductor
using of photoconductivity and photoreflectance, M.Thesis, West
Virginia, 2000.

J.Misiewicz, Electromodulation- absorption type spectroscopy of
semiconductor structure, Wroclaw University of Technology,2009